شکل ذرات میکروپودر آلومینای ذوب‌شده سفید چگونه بر عملکرد آن تأثیر می‌گذارد؟

مقدمه

مورفولوژی ذراتیکی از چندین متغیر متقابل است که می تواند بر روی پردازش و رفتار برنامه تاثیر بگذاردمیکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید. در عمل صنعتی، مورفولوژی باید همراه با توزیع اندازه ذرات، ترکیب شیمیایی، ویژگی های سطح، حالت تجمع، فرمولاسیون، شرایط پردازش، طراحی ابزار یا ماتریس، و الزامات کاربردی خاص ارزیابی شود.

این مقاله بررسی می‌کند که چگونه مورفولوژی ذرات ممکن است بر پردازش و رفتارهای کاربردی منتخب تأثیر بگذارد بدون اینکه شکل ذرات را تنها عامل تعیین‌کننده عملکرد بدانیم.

تولید و فرآوری میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید

آلومینا ذوب شده سفید با همجوشی قوس الکتریکی مواد اولیه آلومینا تولید می‌شود و به دنبال آن خنک‌سازی، خرد کردن، آسیاب کردن و طبقه‌بندی به درجات مشخص می‌شود. ماده حاصل عمدتاً از آلفا آلومینا تشکیل شده است و با سختی بالا، پایداری شیمیایی و نسوز مشخص می شود.

میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید از طریق کاهش بیشتر اندازه و طبقه بندی در گریدهای ریز مشخص شده به دست می آید. از آنجایی که WFA معمولی به صورت مکانیکی خرد و آسیاب می شود، مسیر تولید تأثیر مستقیمی بر مورفولوژی ذرات مشاهده شده در گریدهای میکرو پودر تجاری دارد.

درک مورفولوژی ذرات

مورفولوژی ذرات به شکل و ویژگی‌های سطحی ذرات جداگانه در یک پودر اشاره دارد. مورفولوژی می‌تواند بر نحوه بسته‌بندی، جریان، تعامل با ذرات همسایه و تماس با مواد دیگر در طول پردازش تأثیر بگذارد.

با این حال، در پودرهای ریز، مورفولوژی به ندرت مستقل عمل می کند. توزیع اندازه ذرات، شیمی سطح، زبری سطح، تجمع، رطوبت و شرایط پردازش همگی می توانند بر رفتار پودر مشاهده شده تأثیر بگذارند.

مورفولوژی معمولی میکرو پودر WFA خرد شده

میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید معمولی معمولاً از نظر مورفولوژی زاویه دار یا نامنظم است. این خصوصیات ناشی از فرآیندهای خرد کردن مورد استفاده برای کاهش آلومینا ذوب شده به اندازه ذرات ریزتر است.

در یک درجه واحد، ذرات ممکن است در زاویه، نسبت ابعاد و بافت سطح متفاوت باشند. میکرو پودر معمولی خرد شده WFA به طور طبیعی کروی نیست و نباید تصور کرد که شکل ذرات یکنواخت در همه گریدها دارد.

مورفولوژی های پردازش شده ویژه

پودرهای آلومینا تخصصی را می توان با مورفولوژی های گردتر یا کروی از طریق مسیرهای پردازش اضافی تولید کرد. چنین موادی نباید به طور خودکار معادل با پودر میکرو آلومینا ذوب شده سفید معمولی تلقی شوند.

تفاوت در مسیر پردازش می تواند بر شکل ذرات، ویژگی های سطح، توزیع اندازه ذرات و سایر خواص پودر تأثیر بگذارد. بنابراین، هر درجه ویژه پردازش شده باید با استفاده از داده های فنی محصول خاص به جای مورفولوژی به تنهایی ارزیابی شود.

تأثیر مورفولوژی بر رفتار سایشی

در فرمولاسیون های ساینده انتخاب شده، بسته به مشخصات درجه و اندازه ذرات، مورفولوژی دانه می تواند بر نحوه تعامل ذرات ساینده با قطعه کار تأثیر بگذارد. ذرات زاویه ای یا نامنظم می توانند از طریق لبه های بیرون زده که به حذف مواد کمک می کنند، تماس های موضعی ایجاد کنند.

با این حال، عملکرد واقعی ساینده به سیستم کامل ساینده بستگی دارد. متغیرهای مربوطه شامل اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی، شکنندگی، غلظت مواد ساینده، طراحی پیوند یا ابزار، مواد قطعه کار، بار اعمال شده، حرکت نسبی، و شرایط عملیاتی است.

بنابراین مورفولوژی باید به عنوان یک متغیر فرآیند در نظر گرفته شود تا به عنوان یک پیش بینی کننده جهانی عملکرد ساینده.

برش و حذف مواد

دانه های ساینده زاویه دار یا نامنظم می توانند از طریق تماس های موضعی ایجاد شده توسط لبه های بیرون زده به عمل برش کمک کنند، در حالی که عملکرد حذف مواد به سیستم کامل ساینده و شرایط فرآیند بستگی دارد.

سختی و ترکیب قطعه کار، اندازه ذرات ساینده، ویژگی های دانه، طراحی ابزار، سیستم پیوند، بار، سرعت، و سایر شرایط عملیاتی همگی می توانند رابطه بین مورفولوژی و رفتار حذف را تغییر دهند.

شکل ذرات به تنهایی نمی تواند برای پیش بینی راندمان برش یا عملکرد حذف مواد استفاده شود.

پایان سطح و کنترل فرآیند

مورفولوژی ذرات می‌تواند بر هندسه خراش و رفتار تماس در طول پردازش ساینده تأثیر بگذارد، اما پایان سطح حاصل یک نتیجه فرآیند در سطح سیستم است.

متغیرهای مربوطه شامل اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی، غلظت ساینده، بار اعمال شده، حرکت نسبی، طراحی ابزار یا پیوند، مواد قطعه کار و شرایط فرآیند است.

در شرایط دیگر پردازش قابل مقایسه، ذرات ساینده کوچکتر ممکن است به بافت های سطحی ریزتر کمک کنند، اما این تمایل نباید به عنوان یک قانون جهانی در نظر گرفته شود. تعامل بین خصوصیات ذرات و شرایط فرآیند باید برای عملیات تکمیلی خاص ارزیابی شود.

مفاهیم برای فرمولاسیون های نسوز و سرامیکی

درکاربردهای نسوز و سرامیکریز پودر آلومینا ذوب شده سفید ممکن است یک جزء از مواد فرموله شده حاوی سایر سنگدانه ها، پودرهای ریز، بایندرها و افزودنی های فرآوری را تشکیل دهد.

مورفولوژی ذرات می تواند بر رفتار بسته بندی و پردازش تأثیر بگذارد، اما ریزساختار و خواص نهایی بدنه نسوز یا سرامیکی به فرمولاسیون کامل و تاریخچه ساخت بستگی دارد.

بسته بندی و ریزساختار

رفتار بسته بندی در پودرهای خشک و اجسام سبز به طور مشترک به توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی ذرات، حالت تجمع، فرمولاسیون و روش تشکیل بستگی دارد.

مورفولوژی ذرات می‌تواند رفتار بسته‌بندی را تغییر دهد، اما جهت و بزرگی اثر به توزیع اندازه ذرات، برهم‌کنش‌های بین بخش‌های مختلف ذرات، تجمع، فرمول‌بندی و روش پردازش بستگی دارد.

بنابراین، ویژگی های بسته بندی یک گرید ریز پودر WFA باید تحت شرایطی که نماینده فرمولاسیون و فرآیند شکل دهی مورد نظر است ارزیابی شود.

چرا ویژگی های نسوز تمام شده در سطح سیستم هستند؟

خواص نهایی نسوز و سرامیکی مانند رسانایی حرارتی، استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر شوک حرارتی، نفوذپذیری و مقاومت در برابر فرسایش ویژگی‌های سطح سیستم هستند.

آنها به عوامل متقابلی بستگی دارند که ممکن است شامل ترکیب مواد، توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی ذرات، سیستم چسباننده، روش تشکیل، تخلخل، ساختار منافذ، و شرایط پخت یا تف جوشی باشد.

این خواص را نباید مستقیماً به مورفولوژی ذرات WFA نسبت داد. به عنوان مثال، هدایت حرارتی به ویژگی های حرارتی فازهای تشکیل دهنده، تخلخل، ساختار منفذی، فازهای ثانویه و تاریخچه پردازش بستگی دارد. مورفولوژی ذرات ممکن است بر جنبه های توسعه ریزساختاری تأثیر بگذارد، اما به طور مستقل رفتار حرارتی نهایی را تعیین نمی کند.

ملاحظات در سیستم های کامپوزیتی پر شده با پلیمر

پودرهای مبتنی بر آلومینا ممکن است به عنوان پرکننده های ذرات معدنی در فرمولاسیون های پلیمری خاص گنجانده شوند. در جایی که درجه میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید برای چنین فرمولاسیونی در نظر گرفته می شود، مناسب بودن آن باید با استفاده از داده های فنی خاص محصول و آزمایش فرمولاسیون ارزیابی شود.

در این سیستم ها، رفتار کامپوزیت به برهمکنش بین پرکننده ذرات و ماتریس پلیمری پیوسته بستگی دارد. مورفولوژی ذرات ممکن است بر پردازش یا رفتار سطحی تأثیر بگذارد، اما اثر آن را نمی توان از بقیه فرمولاسیون جدا کرد.

جریان، پراکندگی و رئولوژی

مورفولوژی‌های گردتر ذرات گاهی اوقات می‌توانند از جریان بهبودیافته پودر توده پشتیبانی کنند، اما جریان‌پذیری به توزیع اندازه ذرات، زبری سطح، محتوای ریز، رطوبت، برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی و شرایط جابجایی توده نیز بستگی دارد.

جریان پذیری پودر نباید با پراکندگی در یک ماتریس مایع یا پلیمری اشتباه گرفته شود.

پراکندگی به فرمولاسیون و متغیرهای پردازشی متعددی بستگی دارد که ممکن است شامل بارگذاری پرکننده، توزیع اندازه ذرات، شیمی سطح، رئولوژی ماتریس، شرایط اختلاط، دما، و استفاده از عوامل پراکنده یا جفت کننده در صورت لزوم باشد.

جریان پذیری، اختلاط پذیری، مرطوب شدن، پراکندگی، رئولوژی و چسبندگی سطحی پدیده های مختلفی را توصیف می کنند و باید به طور جداگانه ارزیابی شوند.

خواص مکانیکی به فرمول کامل بستگی دارد

خواص مکانیکی سیستم‌های پلیمری پر از ذرات به بارگذاری پرکننده، اندازه ذرات، مورفولوژی ذرات، کیفیت پراکندگی، شیمی سطح، عملیات سطح در صورت امکان، شیمی ماتریس، چسبندگی سطحی، محتوای خالی، تجمع و شرایط پردازش بستگی دارد.

مورفولوژی ذرات می تواند بر انتقال تنش و توزیع تنش موضعی تأثیر بگذارد، اما جهت و اندازه اثر به فرمول کامل بستگی دارد.

بنابراین، فرض اینکه یک مورفولوژی ذرات خاص به طور کلی استحکام، مدول، چقرمگی یا سایر خواص مکانیکی را افزایش می دهد، نامناسب است. عملکرد باید از طریق آزمایش فرمولاسیون خاص تعیین شود.

پارامترهای کلیدی برای خریداران صنعتی

هنگام تعیین یا انتخاب میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید، خریداران باید پارامترهای مربوط به درجه و کاربرد مورد نظر را ارزیابی کنند.

اطلاعات مربوطه ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• توزیع اندازه ذرات
• D50 یا سایر توصیفگرهای اندازه ذرات قابل اجرا، در صورت لزوم
• محدودیت های بزرگ و جریمه، در جایی که مشخص شده است
• مورفولوژی ذرات
• ترکیب شیمیایی
• مساحت سطح خاص، در صورت لزوم
• چگالی ظاهری، در صورت لزوم
• میزان رطوبت، جایی که مشخص شده است
• عملیات سطحی، در مواردی که برای یک درجه فرآوری شده خاص اعمال می شود
• سیستم درجه بندی قابل اجرا یا استاندارد اندازه ذرات
• برگه اطلاعات فنی (TDS)
• برگه اطلاعات ایمنی (SDS)
• گواهی آنالیز (COA)
• داده‌های تحلیلی دسته‌ای خاص، در صورت وجود

برای هر درجه میکروپودر WFA هر پارامتری لازم نیست. توصیف‌کننده‌های اندازه ذرات نیز باید بر اساس روش درجه‌بندی و اندازه‌گیری قابل استفاده تفسیر شوند نه اینکه فرض شوند قابل تعویض هستند.

به عنوان مثال، یک مقدار D50 که از روش اندازه‌گیری اندازه ذرات به دست می‌آید، نباید به طور خودکار به عنوان یک نام میکروگریت ساینده تحت سیستم‌های درجه‌بندی FEPA یا ISO در نظر گرفته شود. خریداران باید هم پارامتر اندازه ذرات گزارش شده و هم روش یا سیستم درجه بندی مورد استفاده برای تعیین آن را تأیید کنند.

نتیجه گیری

مورفولوژی ذرات یک پارامتر انتخاب کاربردی مهم برای میکرو پودر آلومینا ذوب شده سفید است، اما یک پیش بینی مستقل برای عملکرد صنعتی نیست.

میکرو پودر معمولی خرد شده WFA عموماً زاویه ای یا نامنظم است، در حالی که پردازش تخصصی می تواند پودرهای آلومینا با مورفولوژی های گردتر تولید کند که باید از گریدهای معمولی خرد شده WFA متمایز شوند.

در کاربردهای ساینده، مورفولوژی می‌تواند بر تماس ذرات با قطعه کار و رفتار حذف مواد تأثیر بگذارد، اما عملکرد واقعی به فرآیند کامل ساینده بستگی دارد. در فرمولاسیون های نسوز و سرامیکی، بسته بندی و خواص نهایی به فرمولاسیون کامل و تاریخچه فرآوری بستگی دارد. در سیستم های پر از پلیمر، مورفولوژی با اندازه ذرات، پراکندگی، خواص ماتریس، شرایط سطحی و متغیرهای پردازش تعامل دارد.

بنابراین برای انتخاب صنعتی، مورفولوژی ذرات باید همراه با توزیع اندازه ذرات، ترکیب شیمیایی، ویژگی‌های سطح، اطلاعات درجه‌بندی قابل اجرا، مستندات فنی و الزامات پردازش خاص مورد ارزیابی قرار گیرد. آزمایش نماینده معتبرترین روش برای تعیین اینکه آیا یک درجه میکرو پودر WFA خاص برای یک کاربرد خاص مناسب است یا خیر، باقی می ماند.

مراجع

1. فدراسیون تولیدکنندگان اروپایی مواد ساینده (FEPA). FEPA 42-2:2006. دانه های اکسید آلومینیوم ذوب شده، کاربید سیلیکون و سایر مواد ساینده برای ساینده های پیوندی و برای کاربردهای عمومی - Microgrits F230 تا F2000.

2. سازمان بین المللی استاندارد. ISO 8486-2:2007. ساینده های پیوندی - تعیین و تعیین توزیع اندازه دانه - قسمت 2: میکروگریت F230 تا F2000.

3. Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). دیرگدازهای حاوی سنگدانه های آلومینا ذوب شده و متخلخل: تحقیقات در مورد پردازش، توزیع اندازه ذرات و مورفولوژی ذرات Ceramics International، 43 (5)، 4252-4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.

4. دی آرمیت، سی، و روتون، آر (2017). پرکننده های ذرات، انتخاب و استفاده در کامپوزیت های پلیمری. در R. Rothon (Ed.), Fillers for Polymer Applications (ص. 3-27). اسپرینگر، چم. DOI: 10.1007/978-3-319-28117-9_1.

5. آلمانی، RM (1989). ویژگی های بسته بندی ذرات فدراسیون صنایع پودر فلز.